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天津工业生物所在D-氨基酸脱氢酶改造及大位阻D-氨基酸合成方面取得新进展
  发布时间:2018-09-28    供稿部门:生物催化与绿色化工实验室

  非天然的d-氨基酸除了具有天然氨基酸的大部分功能外,还具有天然氨基酸所不具备的优良性能,在药物合成(医药和农药)、食品、化妆品等方面具有广泛的用途。利用d-氨基酸脱氢酶可以以酮酸和铵盐为原料通过还原氨化一步生成d-氨基酸。然而,d-氨基酸脱氢酶很少存在于自然界中,研究最多的是一类meso-二氨基庚二酸脱氢酶(DAPDH)。DAPDH及其突变体可以不对称还原胺化2-酮酸生成对应的d-氨基酸,如d-缬氨酸、d-亮氨酸、d-苯丙氨酸等。但是,DAPDH很难作用于一些大位阻的2-酮酸,如3,3-二甲基-2-氧代丁酸、苯乙醛酸和吲哚-3-丙酮酸。 

  中科院天津工业生物技术研究所朱敦明研究员、吴洽庆研究员带领的生物催化与绿色化工团队,在前期研究工作基础上Applied and Environmental Microbiology 2012Applied and Environmental Microbiology 2013  ChemBioChem 2013,探索该类酶的分子机制并拓展其在d-氨基酸合成方面的应用潜力,来源于Symbiobacterium thermophilummeso-二氨基庚二酸脱氢酶StDAPDH进行半理性设计及饱和突变,获得一株突变体W121L/H227I,不仅对大位阻2-酮酸底物展现出优良的活性,成功合成了对应的d-氨基酸(d-苯甘氨酸,d-色氨酸,d-叔亮氨酸),而且提高了对其他结构2-酮酸的比活力。通过docking模拟,将底物与野生型和突变体进行分子对接,发现突变之后的底物结合口袋发生了重塑,不仅可以容纳这些大位阻底物,同时拉近了底物与辅酶之间的催化距离,使其获得对大位阻底物的催化活性。这一结果为进一步重塑底物结合口袋,获得高活性的d-氨基酸脱氢酶以合成更具挑战性的d-氨基酸提供了基础。相关研究成果已发表Catalysis Science & Technology 

    该研究工作得到国家自然科学基金No. 21778072、天津市科学技术委员会(15PTCYSY00020 15PTGCCX00060)的支持。中科院天津工业生物所的博士研究生程新宽为论文的第一作者。

     

StDAPDH突变体W121L/H227I不对称胺化大位阻2-酮酸合成d-氨基酸 

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